專利名稱：成膜方法及成膜裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于對(duì)半導(dǎo)體晶圓等被處理體實(shí)施氧化硅膜的成膜處理的成膜方法及成膜裝置。
背景技術(shù)：
一般來說，為了制造半導(dǎo)體集成電路，對(duì)由硅基板等構(gòu)成的半導(dǎo)體晶圓進(jìn)行成膜處理、蝕刻處理、氧化處理、擴(kuò)散處理、改性處理等各種熱處理。這些熱處理由逐張對(duì)晶圓進(jìn)行處理的、所謂的單片式的處理裝置或同時(shí)對(duì)多張晶圓進(jìn)行處理的、所謂的分批式的處理裝置進(jìn)行。由于氧化硅膜被較多地用作半導(dǎo)體集成電路中的晶體管元件的柵絕緣膜、電容器或不揮發(fā)性的浮動(dòng)?xùn)诺慕^緣膜、層間絕緣膜等，因此，在上述各種熱處理中，用于形成該氧化硅膜的方法頻繁地進(jìn)行。在形成上述氧化硅膜時(shí)，通常將TEOS (Tetraethyl Orthosilicate)、硅烷系氣體用作原料，利用 CVD(Chemical Vapor D印osition)法、ALD(Atomic Layer D印osition)法成膜。另外，作為其他成膜方法，也公知有在利用熱分解法或CVD法形成非結(jié)晶型硅膜之后使非結(jié)晶型硅膜與含有氧原子的氣體接觸而形成氧化硅膜的方法(專利文獻(xiàn)1)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2006-066587號(hào)公報(bào)但是，隨著半導(dǎo)體集成電路的高集成化、高微細(xì)化及薄膜化的進(jìn)一步要求，結(jié)果， 線寬、圖案寬度、晶圓表面的凹凸寬度更加微細(xì)化，要求這些設(shè)計(jì)尺寸微細(xì)化到幾十nm左
右ο并且，有時(shí)也進(jìn)行例如在晶圓表面的微細(xì)的凹凸面堆積氧化硅膜來填埋微細(xì)的凹部這樣的處理，在該情況下，會(huì)發(fā)生上述凹凸面的圖案因氧化硅膜自身具有的應(yīng)力而發(fā)生變形這樣的問題。詳細(xì)地說明這一點(diǎn)，圖6A和6B是表示在表面具有凹凸的半導(dǎo)體晶圓的表面形成氧化硅膜時(shí)的狀態(tài)的放大圖。圖6A是表示由例如硅基板構(gòu)成的半導(dǎo)體晶圓W的一部分的放大圖，在該半導(dǎo)體晶圓W的表面連續(xù)地形成有微細(xì)的凹部2及凸部4。上述凹部 2的寬度Li、凸部4的寬度L2均為20 30nm左右或?yàn)?0 30nm以下，是非常微細(xì)的尺寸。并且，在使用通常的熱CVD法、使原料氣體和反應(yīng)氣體交替地流動(dòng)來成膜的ALD法等如圖6B所示那樣在上述那樣的半導(dǎo)體晶圓W的凹凸表面形成氧化硅膜6時(shí)，會(huì)發(fā)生上述凸部4因該氧化硅膜6所具有的應(yīng)力發(fā)生彎折而凹凸圖案發(fā)生變形這樣的問題。這樣，在凹凸圖案發(fā)生變形時(shí)，會(huì)發(fā)生相鄰的凸部4彼此間接觸而發(fā)生短路或不能充分地填埋在凹部2內(nèi)這樣的不良情況。特別是，在利用ALD法、CVD法在硅上形成氧化硅膜的情況下，產(chǎn)生結(jié)晶核分散地成長(zhǎng)的傾向，因此，存在表示表面粗糙度的粗糙度變差這樣的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是著眼于上述那樣的問題點(diǎn)并為了有效地解決上述問題而做成的。本發(fā)明是能在被處理體的表面形成高密度且高應(yīng)力的氧化硅膜的成膜方法及成膜裝置。技術(shù)方案1的發(fā)明是一種成膜方法，該成膜方法用于在處理容器內(nèi)在被處理體的表面形成氧化硅膜，其特征在于，該成膜方法包括吸附工序向上述處理容器內(nèi)供給由硅烷(silane)系氣體構(gòu)成的晶種氣體(seed gas)并使上述晶種氣體吸附于上述被處理體的表面；膜形成工序，向上述處理容器內(nèi)供給作為原料氣體的含硅氣體和含雜質(zhì)的添加氣體而形成被添加了上述雜質(zhì)的硅膜；氧化工序，使上述硅膜氧化而將其轉(zhuǎn)換為氧化硅膜。技術(shù)方案8的發(fā)明是一種成膜裝置，該成膜裝置用于在被處理體的表面形成氧化硅膜，其特征在于，該成膜裝置包括能排氣的處理容器、用于在上述處理容器內(nèi)保持上述被處理體的保持部件、用于向上述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給部件、用于加熱上述被處理體的加熱部件、用于控制整個(gè)裝置使整個(gè)裝置實(shí)施技術(shù)方案1所述的成膜方法的控制部件。采用本發(fā)明的成膜方法及成膜裝置，能發(fā)揮下述優(yōu)良的作用效果。能在被處理體的表面形成高密度且高應(yīng)力的氧化硅膜，結(jié)果，例如在被處理體的表面存在有微細(xì)的凹凸圖案的情況下，能抑制該凹凸圖案發(fā)生變形。將在下面的說明中闡述本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，其部分地從下面的說明中顯現(xiàn)或者可以通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以借助于在下文中特別指出的手段和組合實(shí)現(xiàn)及獲得。被并入本說明書中并且構(gòu)成本說明書的一部分的附示出本發(fā)明的實(shí)施方式， 并且與以上概略說明及下面給出的對(duì)實(shí)施方式的詳細(xì)說明一起，用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是表示本發(fā)明的成膜裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示本發(fā)明方法的各工序的流程圖。圖3是表示各氣體的供給時(shí)間的時(shí)序圖。圖4是示意性地表示本發(fā)明方法的各工序的處理方式的圖。圖5A及5B是示意性地表示使用本發(fā)明方法和比較例進(jìn)行成膜時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。圖6A及6B是表示在表面具有凹凸的半導(dǎo)體晶圓的表面形成氧化硅膜時(shí)的狀態(tài)的放大圖。圖7是表示改變硅膜的膜厚時(shí)和改變成膜溫度時(shí)的膜應(yīng)力的結(jié)果的圖表。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在，將參照

基于上面給出的發(fā)現(xiàn)而實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的實(shí)施方式。在下面的說明中，用相同的附圖標(biāo)記表示具有實(shí)質(zhì)相同的功能和結(jié)構(gòu)的構(gòu)成元件，并且僅在必需時(shí)才進(jìn)行重復(fù)說明。下面，基于附圖詳述本發(fā)明的成膜方法及成膜裝置的一實(shí)施例。圖1是表示本發(fā)明的成膜裝置的一例的結(jié)構(gòu)圖。首先，說明該成膜裝置。如圖所示，該成膜裝置12具有下端開放的呈圓筒體狀的處理容器14。該處理容器14能使用例如耐熱性高的石英。在該處理容器14的頂部設(shè)有開口的排氣口 16，并且在該排氣口 16連設(shè)有例如呈直角向橫向彎曲的排氣噴嘴18。并且，該排氣噴嘴18與在中途設(shè)有壓力控制閥20、真空泵 22等的排氣系統(tǒng)M相連接，能對(duì)上述處理容器14內(nèi)的氣氛氣體進(jìn)行真空排氣。另外，根據(jù)處理方式不同，能使處理容器14內(nèi)為真空氣氛、大致常壓的氣氛。上述處理容器14的下端利用例如不銹鋼制的筒體狀的歧管沈支承，作為保持部件的石英制的晶圓舟皿觀能升降地自該歧管26的下方自由插拔，該晶圓舟皿觀用于呈多層載置并保持多張作為被處理體的半導(dǎo)體晶圓W。在上述處理容器14的下端與上述歧管 26的上端之間夾設(shè)有0型密封圈等密封構(gòu)件30，維持該部分的氣密性。在本實(shí)施例的情況下，該晶圓舟皿28能以大致等間距呈多層地支承例如50張左右的直徑為300mm的半導(dǎo)體晶圓W。該晶圓舟皿觀借助石英制的保溫筒32載置在臺(tái)34上，該臺(tái)34支承在貫穿用于開閉歧管沈的下端開口部的蓋部36的旋轉(zhuǎn)軸38的上端。并且，在旋轉(zhuǎn)軸38相對(duì)于上述蓋部36的貫穿部夾設(shè)有例如磁性流體密封件40，氣密地密封該旋轉(zhuǎn)軸38且能旋轉(zhuǎn)地支承該旋轉(zhuǎn)軸38。另外，在蓋部36的周邊部和歧管沈的下端部夾設(shè)有由例如0型密封圈等構(gòu)成的密封構(gòu)件42，保持處理容器14內(nèi)的密封性。上述的旋轉(zhuǎn)軸38安裝在自例如舟皿升降機(jī)等升降機(jī)構(gòu)44延伸出的臂46的頂端， 晶圓舟皿觀及蓋部36等能一體地升降。另外，也可以將上述臺(tái)34向上述蓋部36側(cè)固定， 不使晶圓舟皿28旋轉(zhuǎn)地進(jìn)行半導(dǎo)體晶圓W的處理。在上述處理容器14的側(cè)部包圍該處理容器14地設(shè)有由例如碳線制的加熱器構(gòu)成的加熱部件48，能加熱位于該處理容器14的內(nèi)側(cè)的上述半導(dǎo)體晶圓W。另外，在該加熱部件48的外周設(shè)有隔熱件50，用于確保該加熱部件48的熱穩(wěn)定性。并且，在上述歧管沈上設(shè)有用于將各種氣體導(dǎo)入并供給到該處理容器14內(nèi)的氣體供給部件52。具體而言，作為氣體供給部件52，在圖示例中設(shè)有6根氣體噴嘴54A、54B、54C、54D、54E、54F，使它們貫穿該歧管26的側(cè)壁。各氣體噴嘴54A 54F在處理容器14內(nèi)向上方延伸，沿著各氣體噴嘴的長(zhǎng)度方向以規(guī)定間隔分別設(shè)有多個(gè)氣體噴射孔55A、55B、55C、55D、55E、55F，能從各氣體噴射孔 55A 55F向水平方向放出各種氣體。在此，作為一例，能根據(jù)需要且能控制流量地分別從氣體噴嘴54A供給由硅烷系氣體構(gòu)成的晶種氣體，從氣體噴嘴54B供給作為原料氣體的含硅氣體，從氣體噴嘴54C供給含雜質(zhì)的添加氣體，從氣體噴嘴54D供給氫氣，從氣體噴嘴54E供給氧氣，從氣體噴嘴54F 供給吹掃氣體。具體而言，上述各氣體噴嘴54A 54F分別連接有像質(zhì)量流量控制器那樣的包括流量控制器、開閉閥的氣體控制單元56A 56F。這樣構(gòu)成的成膜裝置12的整體動(dòng)作利用由例如計(jì)算機(jī)等構(gòu)成的控制部件60來控制，進(jìn)行該動(dòng)作的計(jì)算機(jī)的程序存儲(chǔ)在存儲(chǔ)介質(zhì)62中。該存儲(chǔ)介質(zhì)62例如由軟盤、 ⑶(Compact Disc)、硬盤、閃存器或DVD等構(gòu)成。具體而言，能夠根據(jù)來自該控制部件60的指令，分別單個(gè)地控制各氣體的供給開始和停止及氣體流量。下面，說明使用以上這樣構(gòu)成的成膜裝置12進(jìn)行的本發(fā)明的成膜方法。首先，在例如由硅晶圓構(gòu)成的半導(dǎo)體晶圓W為卸載狀態(tài)下，成膜裝置12為待機(jī)狀態(tài)時(shí)，將處理容器14維持在比工藝溫度低的溫度，使載置有常溫的多張、例如50張半導(dǎo)體晶圓W的狀態(tài)的晶圓舟皿28從處理容器14的下方上升而加載到該處理容器14內(nèi)，用蓋部36封閉歧管沈的下端開口部而使處理容器14內(nèi)密閉。然后，對(duì)處理容器14內(nèi)抽真空而將該處理容器14內(nèi)維持在規(guī)定的工藝壓力，并增大對(duì)加熱部件48的供給電力，使晶圓溫度上升而升溫至成膜用的工藝溫度、即晶種氣體的吸附溫度并穩(wěn)定，然后一邊控制進(jìn)行各處理工序所需的規(guī)定的處理氣體的流量一邊自氣體供給部件52的氣體噴嘴54A MF向處理容器14內(nèi)供給規(guī)定的處理氣體。該處理氣體自各氣體噴射孔55A 55F向水平方向放出，與保持在旋轉(zhuǎn)的晶圓舟皿觀上的半導(dǎo)體晶圓W相接觸而對(duì)晶圓表面實(shí)施相對(duì)應(yīng)的處理。然后，將該處理氣體或由反應(yīng)生成的氣體自處理容器14的頂部的排氣口 16向系統(tǒng)外排出。下面，也參照?qǐng)D2 圖4具體地說明對(duì)半導(dǎo)體晶圓W的表面實(shí)施的各處理。在此， 說明成膜方法。圖2是表示本發(fā)明方法的各工序的流程圖，圖3是表示各氣體的供給時(shí)間的時(shí)間圖，圖4是示意性表示本發(fā)明方法的各工序的處理方式的圖。在此，在作為被處理體的半導(dǎo)體晶圓W的表面形成氧化硅膜。具體而言，本發(fā)明包括下述工序吸附工序，向上述處理容器14內(nèi)供給由硅烷系氣體構(gòu)成的晶種氣體并使上述晶種氣體吸附在上述半導(dǎo)體晶圓W的表面；膜形成工序，向上述處理容器14內(nèi)供給作為原料氣體的含硅氣體和含雜質(zhì)的添加氣體而形成被添加了上述雜質(zhì)的硅膜；氧化工序，使上述硅膜氧化而將其形成氧化硅膜，以上述順序反復(fù)進(jìn)行上述各工序。作為上述半導(dǎo)體晶圓W，例如使用之前參照?qǐng)D6A 6B說明那樣的硅基板。即，例如像之前參照?qǐng)D6A 6B說明的那樣，該半導(dǎo)體晶圓W的表面形成有凹部2、凸部4而成為凹凸面。該凹部2的寬度Li、凸部4的寬度L2均為20 30nm左右或低于20 30nm的尺寸，高寬比為例如1 20左右。首先，也如圖3的㈧及圖4的㈧所示，進(jìn)行向處理容器14內(nèi)供給由硅烷系氣體構(gòu)成的晶種氣體并使晶種氣體吸附在該半導(dǎo)體晶圓W的表面的吸附工序(圖2的Si)。 由此，在半導(dǎo)體晶圓W的表面形成晶種氣體的吸附層70。該吸附層70的厚度為晶種氣體的分子級(jí)的厚度左右，例如為0. Inm左右的厚度，與基底的種類無關(guān)，該吸附層70大致均勻地吸附在半導(dǎo)體晶圓W的表面。特別是，該吸附層70也大致均勻地吸附在圖6A及6B中的凹部2內(nèi)的側(cè)面、底面。該吸附層70作為下一工序的膜形成時(shí)的晶種膜發(fā)揮作用。上述晶種氣體被控制流量地自氣體供給部件52的氣體噴嘴54A的各氣體噴射孔 55A噴射而供給到處理容器14內(nèi)。作為該晶種氣體的硅烷系氣體，在此例如使用氨基硅烷系氣體，具體而言，使用三(二甲氨基)硅烷(TDMAQ。此時(shí)的工藝條件為工藝溫度在 300 600°C的范圍內(nèi)，工藝壓力在0. 1 5Torr(lTorr = 133. 3P a)的范圍內(nèi)，晶種氣體的流量在10 500SCCm的范圍內(nèi)。另外，工藝時(shí)間在10 300seC的范圍內(nèi)。供給該硅烷系氣體的目的之一在于改善在后工序中形成的硅膜的粗糙度。下面，也如圖3的(B)、圖3的(C)及圖4的⑶所示，進(jìn)行向處理容器14內(nèi)供給作為原料氣體的含硅氣體和含雜質(zhì)的添加氣體而形成被添加了雜質(zhì)的硅膜72的膜形成工序(圖2的S2)。在此，作為上述原料氣體的含硅氣體和添加氣體發(fā)生熱分解反應(yīng)而形成硅膜72，此時(shí)，之前的晶種氣體的吸附層70成為晶種而使硅膜72成長(zhǎng)。在此，氣體的供給方法既可以同時(shí)供給作為原料氣體的含硅氣體和添加氣體，也可以交替(alternate)地供給。另外，如圖3的(C)的虛線所示，也可以在供給原料氣體之前開始供給添加氣體一直供給到原料氣體供給停止后。
另外，在成膜時(shí)，添加氣體被熱分解，該添加氣體中的雜質(zhì)的一部分進(jìn)入到上述硅膜72中。這樣，在成膜時(shí)，由于如上所述那樣進(jìn)入有雜質(zhì)，因此能抑制堆積膜的晶化而形成非結(jié)晶狀態(tài)的硅膜72，與此同時(shí)，能避免表面的粗糙度變差。上述原料氣體被控制流量地從氣體供給部件52的氣體噴嘴54B的各氣體噴射孔 55B噴射并供給到處理容器14內(nèi)，上述添加氣體被控制流量地從氣體噴嘴MC的各氣體噴射孔55C噴射并供給到處理容器14內(nèi)。作為該原料氣體的含硅氣體，可以使用硅烷系氣體，在此使用單硅烷。另外，作為上述添加氣體，使用作為氧化氮系氣體的一種的隊(duì)0氣體。在該情況下，隊(duì)0氣體中的氧成分成為雜質(zhì)，少量的該氧進(jìn)入到硅膜72中。并且，隊(duì)0氣體中的氮成分成為氣體而被排出。 這樣，在硅膜72中作為雜質(zhì)例如進(jìn)入有少量的氧成分，能抑制上述那樣堆積的膜的晶化， 并且顆粒尺寸也微細(xì)化，能改善粗糙度。此時(shí)的工藝條件為工藝溫度在500 600°C的范圍內(nèi)，工藝壓力在0. 1 I1Torr 的范圍內(nèi)，作為原料氣體的含硅氣體的流量在50 5000sCCm的范圍內(nèi)，添加氣體的流量在 5 50SCCm的范圍內(nèi)。另外，工藝時(shí)間在10 300seC的范圍內(nèi)。另外，在此形成的硅膜 72的厚度例如在0. 5 2nm的范圍內(nèi)。下面，也如圖3的(D)、圖3的(E)及圖4的(C)所示，進(jìn)行將上述硅膜72全部氧化而形成氧化硅膜74的氧化工序(圖2的S3)。由此，上述硅膜72全部被轉(zhuǎn)換為氧化膜。 在此，作為上述氧化工序，進(jìn)行使用氧的活性種的氧化處理。作為該氧化處理的方法，存在使用氧等離子體的方法、使用臭氧(O3)的方法、使H2氣體和O2氣體在減壓氣氛下反應(yīng)而產(chǎn)生氧基和羥基的方法等，在此，采用使用H2氣體和O2氣體產(chǎn)生氧基和羥基的方法。在此，氣體的供給方法既可以同時(shí)供給H2氣體和O2氣體，也可以交替地供給。另外，如圖3的(E) 的虛線所示，也可以在供給吐氣體之前開始供給A氣體一直供給到吐氣體供給停止之后。具體而言，吐氣體被控制流量地從氣體供給部件52的氣體噴嘴54D的各氣體噴射孔55D噴射并供給到處理容器14內(nèi)，上述&氣體被控制流量地自氣體噴嘴54E的各氣體噴射孔55E噴射并供給到處理容器14內(nèi)。此時(shí)的工藝條件為工藝溫度在500 600°C的范圍內(nèi)，工藝壓力在0. 1 IOTorr的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0. 1 ITorr的范圍內(nèi)，H2氣體的流量在 100 IOOOsccm的范圍內(nèi)，O2氣體的流量在500 5000sccm的范圍內(nèi)。在此，上述吸附工序的溫度Tl、膜形成工序的溫度T2和氧化工序的溫度T3也可以分別不同，但為了提高生產(chǎn)率，優(yōu)選設(shè)定為全部相同的溫度。另外，在上述吸附工序、膜形成工序和氧化工序的各工序之間既可以進(jìn)行排出處理容器14內(nèi)的殘留氣氛氣體的吹掃工序，也可以不進(jìn)行。另外，從某一吸附工序開始到下一吸附工序開始為1個(gè)循環(huán)。這樣，通過在減壓氣氛下將氫和氧分別導(dǎo)入到處理容器14內(nèi)，也如日本特開 2004-039990號(hào)公報(bào)所示那樣在半導(dǎo)體晶圓W的最近處進(jìn)行下述那樣的氫的燃燒反應(yīng)。另外，在下述式子中，帶有*符號(hào)的化學(xué)記號(hào)表示其活性種。H2+02 — Η*+Η0202+Η 氺—OH 氺+0 氺Η2+0* — Η*+0Η*Η2+0Η* — Η*+Η20這樣，在將H2及O2分別導(dǎo)入到處理容器14內(nèi)時(shí)，在氫的燃燒反應(yīng)過程中產(chǎn)生0*(氧活性種)、0H*(羥基活性種)和H20(水蒸氣)，由此進(jìn)行晶圓表面的硅膜72的氧化而形成氧化硅膜74。這樣使用含有活性氧化種的氣體進(jìn)行氧化的理由在于通過在500 600°C這樣的比較低的低溫下進(jìn)行氧化，在同一處理容器內(nèi)進(jìn)行接近硅膜形成溫度的一連串操作的情況下，能減少溫度改變時(shí)間。另外，還具有降低制造器件的熱預(yù)算的效果。下面，判斷是否以上述步驟Sl S3的順序反復(fù)進(jìn)行了規(guī)定次數(shù)的上述步驟Sl S3(圖2的S4)，在“NO”的情況下(S4的NO)，返回到步驟Sl而再次進(jìn)行上述各步驟Sl S3。然后，若反復(fù)進(jìn)行步驟Sl S3而進(jìn)行了規(guī)定次數(shù)該循環(huán)(S4的YES)，則成膜處理結(jié)束。上述步驟Sl S3的反復(fù)次數(shù)(循環(huán)數(shù))由要成膜的膜厚決定，例如為25 100次左右，此時(shí)得到的氧化硅膜74的膜厚例如在5 20nm的范圍內(nèi)。由此，能在充分地填埋在圖6A及6B所示的凹部2內(nèi)的狀態(tài)下形成氧化硅膜74。 另外，這樣形成的氧化硅膜74的膜質(zhì)為非常高的密度，并且膜自身的應(yīng)力能提高到例如約 200MPa以上。關(guān)于該點(diǎn)，利用以往的熱CVD法、ALD法等化學(xué)氣相法成膜的氧化硅膜的應(yīng)力最多不過IOOMPa左右，因此，能將膜自身的應(yīng)力提高到由以往成膜方法形成的氧化硅膜的大致2倍以上。結(jié)果，在成膜中途，能將如圖6A及6B所示那樣堆積在凸部4的側(cè)面、即凹部2的內(nèi)壁面的氧化硅膜自身的應(yīng)力如上所述那樣提高2倍以上，因此，凸部4的兩側(cè)面處于被應(yīng)力較大的氧化硅膜牢固地支承的狀態(tài)，能阻止該凸部4發(fā)生彎曲或變形，能防止凹凸圖案發(fā)生變形。另外，在成膜之前，在吸附工序中，晶種氣體均勻地吸附在半導(dǎo)體晶圓W的表面， 因此，能防止在硅膜形成工序中分散地附著有薄膜，能有助于改善表面粗糙度。另外，在膜形成工序中形成硅膜72時(shí)，在原料氣體中稍微添加含雜質(zhì)的添加氣體，因此，利用該雜質(zhì)的作用能抑制硅膜72的晶化而維持非結(jié)晶狀態(tài)，利用與在之前的吸附工序中吸附的原料氣體的晶種作用的協(xié)作效果能進(jìn)一步有助于改善表面粗糙度。另外，若將上述吸附工序、膜形成工序及氧化工序的各工藝溫度設(shè)定為例如550°C等相同的溫度，則不需要在每個(gè)工序都進(jìn)行半導(dǎo)體晶圓W的升降溫的操作，因此能相應(yīng)地提高生產(chǎn)率。如上所述，采用本發(fā)明，能在半導(dǎo)體晶圓W的表面形成高密度且高應(yīng)力的氧化硅膜，結(jié)果，在例如半導(dǎo)體晶圓W的表面存在有微細(xì)的凹凸圖案的情況下，能抑制該凹凸圖案發(fā)生變形。本發(fā)明方法的評(píng)價(jià)下面，利用本發(fā)明的成膜方法形成氧化硅膜并進(jìn)行評(píng)價(jià)，說明其評(píng)價(jià)結(jié)果。在此， 使用之前說明那樣的成膜方法形成氧化硅膜。評(píng)價(jià)所用的氣體種類、工藝條件按照之前說明的那樣。另外，半導(dǎo)體晶圓上的凹凸的凹部2(參照?qǐng)D6A及6B)的寬度Ll為10 30nm， 凸部4的寬度L2為10 30nm，高寬比為1 20左右。另外，作為比較例，省略圖2 圖4 中說明的成膜方法中的吸附工序地進(jìn)行成膜。即，不使晶種氣體吸附在晶圓表面而直接形成硅膜，使該硅膜氧化而形成氧化硅膜。將其結(jié)果示于圖5A及5B中。圖5A及5B是示意性地表示使用本發(fā)明方法和比較例成膜時(shí)的評(píng)價(jià)結(jié)果的圖。如圖5A所示，在比較例的情況下，在形成于晶圓表面的氧化硅膜的表面產(chǎn)生少許的凹凸，表面粗糙度變差。與此相對(duì)，在本發(fā)明方法的情況下，如圖5B所示，氧化硅膜的表面處于比較平的平面狀態(tài)，防止了表面粗糙度變差，改善了表面粗糙度。
另外，在進(jìn)行本發(fā)明的成膜方法時(shí)，在非結(jié)晶的硅膜的膜厚在10 60nm的范圍內(nèi)進(jìn)行各種改變(工藝溫度565°C )時(shí)，關(guān)于對(duì)ALD法及CVD法的成膜溫度進(jìn)行各種改變來形成氧化硅膜的情況(膜厚30nm)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，說明此時(shí)的膜應(yīng)力的結(jié)果。圖7是表示如上述那樣改變硅膜的膜厚時(shí)和改變成膜溫度時(shí)的膜應(yīng)力的結(jié)果的圖表。在圖7中，左側(cè)表示對(duì)膜厚進(jìn)行各種改變時(shí)的膜應(yīng)力，右側(cè)表示對(duì)成膜溫度進(jìn)行各種改變時(shí)的膜應(yīng)力。另外， 作為參考，圖7中的右側(cè)記載了利用HTO法(通過SiH4與N2O反應(yīng)而生成CVD氧化膜)形成氧化硅膜時(shí)的膜應(yīng)力。如圖7中的左側(cè)部分所示，使非結(jié)晶的硅膜變化為10nm、20nm、30nm、60nm地進(jìn)行
成膜。并且，該結(jié)果顯示所有膜厚的膜應(yīng)力在-210 -190MI^左右的值，可明確與膜厚無關(guān)而施加高應(yīng)力(應(yīng)力)較為理想。另外，如圖7中的右側(cè)部分所示，在成膜溫度為300°C的情況下，膜應(yīng)力為_30MPa 左右，與此相對(duì)，在成膜溫度為550°C的情況下，膜應(yīng)力增加至-IlOMI^左右。另外，在成膜溫度為780V、由HTO法成膜的情況下，膜應(yīng)力達(dá)到_150MPa左右。其結(jié)果可知，與由以往方法的ALD法形成的SW2膜、由HTO法形成的SW2膜相比，在本發(fā)明的成膜方法中，即使是比較低的溫度也能獲得高的膜應(yīng)力。在此，在上述實(shí)施例中，以反復(fù)進(jìn)行各工序來層疊薄膜的ALD法的成膜為例進(jìn)行說明，但不限定于此，當(dāng)然也可以不反復(fù)進(jìn)行各工序而只進(jìn)行1次成膜。另外，在上述實(shí)施例中，在吸附工序中，作為晶種氣體的硅烷系氣體，以使用三 (二甲氨基)硅烷(TDMAQ的情況為例進(jìn)行說明，但并不限定與此，可以使用氨基硅烷系氣體或乙硅烷、丙硅烷、四硅烷等高級(jí)硅烷。在此，作為上述氨基硅烷系氣體，可以使用從由 TDMAS (三(二甲氨基))硅烷、BAS ( 丁基氨基硅烷7·· f > 7 S 7 *，> )、BTBAS (雙叔丁基氨基硅烷匕· 7夕一* 乂〗J 7··手卟7 S 7 *，> )、DMAS( 二甲氨基硅烷夕乂 f卟了笑 ^ 7 > )、BDMAS(雙(二甲氨基)硅烷匕7夕乂子卟了笑7〉，> )、D EAS(二乙基氨基硅烷夕工手卟7 S 7 *，> )、BDEAS (雙(二乙基氨基)硅烷匕· 7夕工手卟7 S 7 * ，> )、DPAS (二丙基氨基硅烷夕口 O 7 $ 7 *，> )、及if DIPAS (二異丙基氨基硅烷yj / / 口 O 7 S 7 *，> )構(gòu)成的組中選擇的一種以上的原料。另外，在之前的膜形成工序中，作為原料氣體的含硅氣體，以使用作為硅烷系氣體之一的單硅烷的情況為例進(jìn)行說明，但并不限定于此，除了使用之前的三(二甲氨基)硅烷等上述那樣的氨基硅烷系氣體、單硅烷之外，還可以使用乙硅烷、丙硅烷、四硅烷等高級(jí)硅 ^^、SiH2Cl2λ Si2Cl6 等。另外，在上述膜形成工序中，作為添加氣體，使用作為氧化氮系氣體之一的N2O氣體，但并不限定于此，可以使用其他的氧化氮系氣體或碳?xì)浠衔锵禋怏w。在此，作為其他的氧化氮系氣體，可以使用NO氣體。另外，作為碳?xì)浠衔锵禋怏w，可以使用乙炔、乙烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等，在該情況下，雜質(zhì)為碳(C)。另外，在之前的氧化工序中，為了使硅膜氧化，以使用由H2和O2產(chǎn)生的氧基及羥基的情況為例進(jìn)行說明，但如前述那樣，也可以采用使用氧等離子體的方法、使用臭氧的方法。在此，在使用上述氧等離子體的方法的情況下，可以采用例如日本特開 2006-287194號(hào)公報(bào)公開的處理裝置以高頻電力將氧等離子化而生成活性種的遠(yuǎn)程(remote)等離子方式。在該情況下，例如高頻的頻率使用13. 56MHz，高頻電力為50 500W(瓦特)的范圍內(nèi)。另外，工藝壓力在0.1 IOTorr的范圍內(nèi)，氧的供給量在500 lOOOOsccm的范圍內(nèi)。另外，在使用臭氧的方法的情況下，使氧流量為1 IOslm地將臭氧(O3)濃度設(shè)定在50 500g/Nm3的范圍內(nèi)，工藝壓力設(shè)定在0. 1 IOTorr的范圍內(nèi)。另外，圖1所示的成膜裝置以處理容器14由1個(gè)筒體狀的結(jié)構(gòu)物形成的單管式的成膜裝置為例進(jìn)行說明，但并不限定于此，當(dāng)然也能將本發(fā)明應(yīng)用于使用由內(nèi)筒和覆蓋該內(nèi)筒的外筒構(gòu)成的雙重管結(jié)構(gòu)的處理容器的成膜裝置。另外，作為本發(fā)明的成膜裝置，不限定于一次能處理多張半導(dǎo)體晶圓的、所謂的分批式的成膜裝置，也能適用于逐張?zhí)幚戆雽?dǎo)體晶圓的、所謂的單片式的處理裝置。另外，在此，作為被處理體，以半導(dǎo)體晶圓為例進(jìn)行說明，但該半導(dǎo)體晶圓也包括硅基板、GaAs、SiC、GsN等化合物半導(dǎo)體基板，并且不限定于這些基板，也能將本發(fā)明應(yīng)用于液晶表示裝置所用的玻璃基板、陶瓷基板等。本申請(qǐng)以2010年6月22日向日本專利局提交的日本特許出愿第2010-142076號(hào)及2011年5月17日向日本專利局提交的日本特許出愿第2011-1100 號(hào)為基礎(chǔ)主張優(yōu)先權(quán)，并將其整個(gè)公開內(nèi)容作為參照包含在本說明書中。
權(quán)利要求
1.一種成膜方法，其用于在處理容器內(nèi)在被處理體的表面形成氧化硅膜，其特征在于， 該成膜方法包括下述工序吸附工序，向上述處理容器內(nèi)供給由硅烷系氣體構(gòu)成的晶種氣體并使上述晶種氣體吸附在上述被處理體的表面；膜形成工序，向上述處理容器內(nèi)供給作為原料氣體的含硅氣體和含雜質(zhì)的添加氣體而形成被添加了上述雜質(zhì)的硅膜；氧化工序，使上述硅膜氧化而將其轉(zhuǎn)換為氧化硅膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，以上述吸附工序、膜形成工序和氧化工序的順序反復(fù)進(jìn)行各工序。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 上述硅膜為非結(jié)晶狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述晶種氣體由氨基硅烷系氣體或高級(jí)硅烷系氣體構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 上述含硅氣體由硅烷系氣體構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于，上述添加氣體由氧化氮系氣體或碳?xì)浠衔锵禋怏w構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的成膜方法，其特征在于， 上述氧化工序使用至少氧的活性種來進(jìn)行。
8.一種成膜裝置，其用于在被處理體的表面形成氧化硅膜，其特征在于，該成膜裝置包括能排氣的處理容器；用于在上述處理容器內(nèi)保持上述被處理體的保持部件； 用于向上述處理容器內(nèi)供給氣體的氣體供給部件； 用于加熱上述被處理體的加熱部件；用于控制整個(gè)裝置使整個(gè)裝置實(shí)施權(quán)利要求1所述的成膜方法的控制部件。
全文摘要
本發(fā)明提供成膜方法及成膜裝置。該成膜方法用于在處理容器內(nèi)在被處理體的表面形成氧化硅膜，其包括吸附工序，向處理容器內(nèi)供給由硅烷系氣體構(gòu)成的晶種氣體并使上述晶種氣體吸附在被處理體的表面；膜形成工序，向處理容器內(nèi)供給作為原料氣體的含硅氣體和含雜質(zhì)的添加氣體而形成被添加了雜質(zhì)的硅膜；氧化工序，使硅膜氧化而將其轉(zhuǎn)換成氧化硅膜。由此，在被處理體的表面形成高密度且高應(yīng)力的氧化硅膜。
文檔編號(hào)C23C16/40GK102296280SQ20111017002
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月22日
發(fā)明者山本和彌, 村上博紀(jì), 鈴木大介, 長(zhǎng)谷部一秀, 高橋敏彥 申請(qǐng)人:東京毅力科創(chuàng)株式會(huì)社